JP4247883B2 - Seal material, manufacturing method thereof and valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はシール材とその製造方法とバルブに関し、詳しくは、補強コードを内蔵し円盤状をしたゴム製のシール材とその製造方法と前記シール材を用いたバルブに関する。
【0002】
【従来の技術】
流体を通流させる配管内、バルブあるいはダクト内には、その接続箇所にゴム製などのガスケットやパッキング等の各種シール材が多用されており、特にバルブのシール機構にはダイヤフラムやライニング材が使用されている。
【0003】
この内、バルブのシール機構に使用されるシール材は、開閉動作の繰り返しひずみや、高いシール圧に耐えることが必要であり、高い物理的強度と大きなひずみ許容度が要求される。特に、図8に示すように、弁体10外周上に円盤状をしたシール材であるゴムリップ11を取り付けてシールする構造を有するバタフライバルブ100の場合、バルブ配管12の弁座13とのシール時にゴムリップ11に大きなひずみを受けることになる。
【0004】
そこで、ゴム中に補強材として、径1〜50μm、長さ0.5〜10mm程度のポリアミド短繊維を5〜50%程度、均一に分散させ含有させたシール材が提案されている(特許文献1、2)。
【0005】
【特許文献1】
特公昭59−20704号公報
【特許文献2】
特公平2−16339号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のシール材は、通流する流体とシール材中の短繊維とが接触するため、短繊維の劣化が生じて、シール材の寿命が短くなること、高い圧力が負荷されると強度的には不足すること、短繊維が加工時に周方向に配向するのでゴムリップ保持箇所の補強効果は必ずしも高くない、等の問題点を有しており改善の余地がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、流体と接する面に繊維が露出することなく、しかも耐圧強度が高く、ゴムリップ保持箇所の補強効果の高いシール材とその製造方法とバルブを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係るシール材の特徴構成は、補強コードを内蔵し円盤状をしたゴム製のものにおいて、前記補強コードが長繊維にゴムが被覆されて構成されていると共に、円周方向に円盤の内周側と外周側の2重構造を有して配置された円周コードと、前記2重構造の円周コードと交差しつつ挟み込むようにして円周方向に巻回した巻付コードとから構成されていることにある。
【0008】
この構成によれば、補強コードが内蔵され、流体と接する面に露出することがないので、使用途中において補強繊維が劣化するということがなく、しかも円周コードと巻付コードとの組み合わせによって、シール材内部を均等性高く補強することができ、過酷な負荷に対しても高い耐久性を有する。
【0009】
その結果、流体と接する面に繊維が露出することなく、しかも耐圧強度が高く、ゴムリップ保持箇所の補強効果の高いシール材を提供することができた。
【0010】
被装着部材に対する取付箇所が形成されていて、この取付箇所を径方向から挟むように、前記円周コードが円盤の内周側と外周側の2重構造を有して配置されていると共に、前記巻付コードが前記取付箇所の内周側に沿いつつ前記円周コードを巻回することが好ましい。
【0011】
この構成によれば、補強コードが一層均一に配置されて、過酷な負荷が作用したとしても、部分的な損傷が生じ難くなり、バタフライバルブ等の被装着部材に装着された場合の一体保持性が高くなる。
【0012】
また、本発明に係るシール材の製造方法の特徴構成は、補強コードを内蔵し円盤状をしたゴム製のシール材の製造方法において、補強繊維を芯材とし、その周囲に未加硫ゴムを被覆したゴム被覆コードを、円周方向に円盤の内周側と外周側の2重構造を有して配置して円周コードを形成し、前記2重構造の円周コードを交差しつつ挟み込むように前記ゴム被覆コードを巻回して巻付コードを形成し、これにゴムを注入して円盤状に前記ゴム被覆コードを被覆し、その後、加熱・加硫することにある。
【0013】
この構成によれば、流体と接する面に繊維が露出することなく、しかも耐圧強度が高く、ゴムリップ保持箇所の補強効果の高いシール材の製造方法を提供することができる。
【0014】
前記円周コードを、被装着部材の取付相当箇所を径方向から挟むように、円盤の内周側と外周側の2重構造を有して配置すると共に、前記巻付コードを前記取付相当箇所の内周側に沿いつつ前記円周コードを巻回することが好ましい。
【0015】
この構成によれば、補強コードが一層均一に配置されると共に、被装着部材に装着された場合に一体保持性が高くなって耐久性が一層向上するシール材を製造できる。
【0016】
更に又、バルブの特徴構成は、請求項1又は2のシール材を用いたことにある。
【0017】
この構成によれば、流体と接する面に繊維が露出することなく、しかも耐圧強度が高く、ゴムリップ保持箇所の補強効果の高いバルブを提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、配管12内に配置されたバタフライバルブに装着されるシール材1の平面構造を示し、図2は、図1に示すシール材1のA−A断面構造を示す。
【0019】
このシール材1は、例えばバタフライバルブ(図示略)の外周縁に装着されるべく、全体形状がドーナツ形円盤状をしていると共に、被装着部材の1種であるバタフライバルブに装着されるための取付箇所であるボルト孔3が、外周面に沿って略等間隔で複数個穿たれている。そして、全体がゴム製で形成されていると共に、内部に補強コードが埋設されている特徴を有する。この補強コードは、芯材として高強度繊維を用いると共に、これに未加硫ゴムを被覆したゴム被覆コード(トッピングモノコード)2から構成されている。埋設されているゴム被覆コード2は、図1に破線で示すように、ボルト孔3を挟んで外周側と内周側の2重に配置されている円周コード2aと、この円周コード2aを交差しつつ挟み込むように巻回する巻付コード2bとから構成されている。
【0020】
すなわち、2重の円周コード2aに対して巻付コード2bが、ボルト孔3の内周面側で内周側の円周コード2aを巻回し、更に、2個のボルト孔3の中間点で外周側の円周コード2aを外周側から巻回し、これを円周方向に繰り返すことにより、円周コード2aと交差しつつ巻回する構造を有する。シール材1がこのように構成されていることにより、補強繊維がドーナツ形円盤状の内部に均等に配置されており、これがバタフライバルブに装着された際には、流体と接する面に補強繊維が露出することなく、過酷な条件に対しても高い物理的強度と大きいひずみ許容度を有して、ゴムリップ保持箇所の補強効果を高くできるものとなる。尚、ゴム被覆コード2の製造方法については後述する。
【0021】
高強度繊維としては、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維などの各種有機繊維、ガラス繊維、カーボン繊維などの無機繊維、スチール繊維などの金属繊維などを使用できる。
【0022】
被覆ゴムとしては、天然ゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等を使用できる。ゴムには、ハロゲン化ブチル、その他、特性を改善するための他のゴムや各種添加剤を加えてもよい。具体的には、カーボンブラック、シリカ等の補強材、炭酸カルシウム等の無機充填剤、プロセスオイルや可塑剤、老化防止剤、加工助剤、加硫剤、加硫促進剤、架橋調整剤、熱可塑性樹脂などが例示される。
【0023】
つぎに、本実施形態のシール材1の製造方法を、図3〜図5を参照して説明する。また、ゴム被覆コード2の製造方法を図6を参照して説明する。
【0024】
図3に示すように、補強繊維である高強度繊維の周囲に未加硫ゴムを被覆したゴム被覆コード2を、径方向に2重の円盤状となるように円周コード2aを形成する。ついで、この2重円盤状とした円周コード2aを交差しつつ挟み込むようにすると共に、被装着部材の取付相当箇所であるボルト孔相当箇所の内周側に沿うようにして、ゴム被覆コード2を巻回して巻付コード2bとする(図4)。巻付コード2bの巻き付けピッチ等は、シール材としての用途、仕様により適宜選択される。図5に、図4におけるB−B断面構造を示すように、ゴム被覆コード2は高強度繊維からなる芯材2cとその周囲の被覆ゴム2dとからなる。このようなゴム被覆コード2は、単に繊維のみを配置した場合に比べて、円周コード2aと巻付コード2bとが接触する箇所における繊維どうしの接触磨耗や疲労が生じるのを回避できると共に、加圧しつつ加硫する際にも注入されたゴムとの隙間が生じ難いので好ましい。
【0025】
ゴム被覆コード2は、図6に示すようにして製造される。つまり、押出機Eのシリンダー部8の先端にはダイス4が装着されており、このダイス4に、リール等(図示せず)から巻き戻された高強度繊維2cが送給され、ここで未加硫ゴム組成物が被覆ゴム2dとして被覆されてゴム被覆コード2として送り出されて製造される。高強度繊維2cとしては、撚り線、単一線のいずれをも使用することができる。
【0026】
ゴム被覆コード2の断面形状例を図7に示す。一般には、図7(c)に示す円形のものが好ましいが、用途によっては各種断面のものを使用できる。図7(a)は菱形あるいは平行四辺形に近い断面を有する例であり、図7(b)は正方形、図7(c)は円形、図7(d)は台形の例を示す。いずれも高強度繊維2cは、未加硫ゴム組成物2dにより被覆されている。
【0027】
このように構成したゴム被覆コード2を金型内に配置し、ゴムを積層すべく注入した後、加圧しつつ加熱して加硫し、ボルト孔が形成されたドーナツ形の円盤状製品を得る。このように構成すると、円盤状製品に補強コードが略均一に配置され、過酷な負荷が作用したとしても、部分的な損傷が生じ難くなると共に、バタフライバルブに装着された場合の一体保持性が高くなり、耐久力を高めることができる。
【0028】
【実施例】
(実施例1)
約1260デニールのアラミド繊維のモノコードを図6に示すような装置を用いて、天然ゴムで被覆して製造したゴム被覆コードを、図1に示すように配置すると共に、これを金型内に配置して、天然ゴムを注入・被覆し、加圧しつつ加硫して、外径約405mmφ、内径約316mmφ、ボルト孔径約18mmφ×8個を形成したドーナツ形円盤状のシール材を製造した。このシール材の平坦部の厚みは約12mmであり、外周球状部の外径は約25mmφである。また、ゴム硬度は60度とした。
【0029】
このシール材を、バタフライバルブ本体に装着し、約1.5Mpaのシール圧で弁座に取り付け、内径約423mmの配管内に配置し、約0.2Mpaの流体圧の60℃の温水に曝して、繰り返しシール回数24回/日の条件で耐久性を試験した。
【0030】
(比較例1)
シール材の構成材料にゴム硬度60度の天然ゴムを使用した他は、実施例1と同様な形状とし、同様な耐久性試験を行った。
【0031】
(比較例2)
シール材の構成材料に、長さ約3mm、径6〜10μmのアラミド短繊維を2重量部含有させたゴム硬度60度の天然ゴムを使用した他は、実施例1と同様な形状とし、同様な耐久性試験を行った。
【0032】
(比較例3)
シール材の構成材料に、補強コードとして約200デニールの長繊維(モノコード)を、密度50本/30mmで、縦横に配置して平織とした用いた他は、実施例1と同様な形状とし、同様な耐久性試験を行った。
【0033】
その結果を表1に示す。
【0034】
【表1】
表1の結果から、実施例1のシール材の耐久性が極めて優れていることがわかる。
【0035】
〔別実施の形態〕
(1)シール材1の断面形状は、図に示したものに限定されるものではなく、外周側に膨出部を有する形状であればよい。
【0036】
(2)上記実施形態では、円周コード2aと巻付コード2bを同じ形状、材質のものを連続的に用いた例を示したが、これらは別々のゴム被覆コードから形成されていてもよく、又、形状、材質、巻回数などは必ずしも同一にする必要はなく、形状、材質、巻回数などを異なった構成としてもよい。用途、仕様により適宜変更可能である。
【0037】
(3)上記実施形態では、バルブとしてバタフライバルブを例に挙げたが、本発明に係るシール材はこれに限定されるものではなく、各種バルブに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシール材の一実施形態を表す平面図
【図2】図1のシール材のA−A断面図
【図3】シール材の製造方法を説明する図
【図4】シール材の製造方法を説明する図
【図5】図4のB−B断面図
【図6】ゴム被覆コードの製造方法を説明する概念図
【図7】ゴム被覆コードの形状例を示す断面図
【図8】従来技術のシール材を備えたバタフライバルブの動作説明図
【符号の説明】
2 ゴム被覆コード
2a 円周コード
2b 巻付コード
2c 芯材
3 被装着部材の取付箇所[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing material, a manufacturing method thereof, and a valve. More specifically, the present invention relates to a disc-shaped rubber sealing material with a built-in reinforcing cord, a manufacturing method thereof, and a valve using the sealing material.
[0002]
[Prior art]
Various types of sealing materials such as rubber gaskets and packing are used in the pipes, valves or ducts through which fluid flows. Especially, diaphragms and lining materials are used for the valve sealing mechanism. Has been.
[0003]
Among these, the sealing material used for the valve sealing mechanism needs to withstand repeated strains of opening and closing operations and high sealing pressure, and requires high physical strength and large strain tolerance. In particular, as shown in FIG. 8, in the case of a
[0004]
Therefore, a sealing material in which polyamide short fibers having a diameter of 1 to 50 μm and a length of about 0.5 to 10 mm are uniformly dispersed and contained as a reinforcing material in rubber has been proposed (Patent Document). 1, 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.59-20704 [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 2-16339 [Problems to be Solved by the Invention]
However, in the above-described conventional sealing material, since the flowing fluid and the short fibers in the sealing material are in contact with each other, the deterioration of the short fibers occurs, the life of the sealing material is shortened, and high pressure is applied. However, the short fibers are oriented in the circumferential direction at the time of processing, so that the reinforcing effect of the rubber lip holding portion is not necessarily high, and there is room for improvement.
[0006]
Accordingly, in view of the above-described problems of the prior art, the object of the present invention is to provide a sealing material that does not expose fibers on the surface in contact with the fluid, has high pressure resistance, and has a high reinforcing effect on the rubber lip holding portion, and its manufacture. It is to provide a method and a valve.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above object can be achieved by the inventions described in the claims. That is, the characteristic configuration of the sealing material according to the present invention is that the reinforcing cord is made of rubber having a disk shape with a built-in reinforcing cord, the reinforcing cord is configured by covering a long fiber with rubber, and in the circumferential direction. A circumferential cord arranged with a double structure on the inner and outer circumferential sides of the disk, and a wound cord wound in the circumferential direction so as to be sandwiched while intersecting the circumferential cord of the double structure It is composed of
[0008]
According to this configuration, since the reinforcing cord is built in and is not exposed to the surface in contact with the fluid, the reinforcing fiber is not deteriorated during use, and the combination of the circumferential cord and the winding cord, The inside of the sealing material can be reinforced with high uniformity and has high durability against severe loads.
[0009]
As a result, it was possible to provide a sealing material that does not expose fibers on the surface in contact with the fluid, has high pressure resistance, and has a high reinforcing effect on the rubber lip holding portion.
[0010]
A mounting location for the mounted member is formed, and the circumferential cord is arranged with a double structure on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the disk so as to sandwich the mounting location from the radial direction, It is preferable that the circumferential cord is wound while the winding cord is along the inner circumferential side of the attachment location.
[0011]
According to this configuration, even if the reinforcing cords are arranged more uniformly and a severe load is applied, partial damage is less likely to occur, and the integral retainability when mounted on a mounted member such as a butterfly valve Becomes higher.
[0012]
Further, the characteristic configuration of the manufacturing method of the sealing material according to the present invention is that, in the manufacturing method of the rubber sealing material having a reinforcing cord and a disk shape, the reinforcing fiber is used as a core material, and an unvulcanized rubber is provided around the reinforcing fiber. The coated rubber-coated cord is arranged with a double structure on the inner and outer peripheral sides of the disk in the circumferential direction to form a circumferential cord, and the double-structured circumferential cord is sandwiched between them. In this way, the rubber-coated cord is wound to form a wound cord, rubber is injected into the rubber-coated cord to cover the rubber-coated cord in a disk shape, and then heated and vulcanized.
[0013]
According to this configuration, it is possible to provide a manufacturing method of a sealing material that does not expose the fiber on the surface in contact with the fluid, has high pressure resistance, and has a high reinforcing effect on the rubber lip holding portion.
[0014]
The circumferential cord is disposed with a double structure on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the disk so as to sandwich the mounting equivalent portion of the mounted member from the radial direction, and the winding cord is attached to the attachment equivalent portion. It is preferable that the circumferential cord is wound along the inner circumferential side.
[0015]
According to this configuration, it is possible to manufacture a sealing material in which the reinforcing cords are arranged more uniformly, and when the cord is attached to a member to be attached, the integral retention is increased and the durability is further improved.
[0016]
Furthermore, the characteristic structure of the valve is that the seal material of
[0017]
According to this configuration, it is possible to provide a valve that does not expose the fiber on the surface in contact with the fluid, has high pressure resistance, and has a high reinforcing effect on the rubber lip holding portion.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a planar structure of the sealing
[0019]
This sealing
[0020]
That is, the winding
[0021]
Examples of the high-strength fiber include various organic fibers such as aramid fiber, nylon fiber, polyester fiber, and rayon fiber, inorganic fibers such as glass fiber and carbon fiber, and metal fibers such as steel fiber.
[0022]
As the covering rubber, natural rubber, butyl rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, ethylene propylene rubber and the like can be used. The rubber may contain butyl halide, other rubbers for improving properties, and various additives. Specifically, reinforcing materials such as carbon black and silica, inorganic fillers such as calcium carbonate, process oils and plasticizers, anti-aging agents, processing aids, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, crosslinking modifiers, heat Examples thereof include plastic resins.
[0023]
Next, a method for manufacturing the sealing
[0024]
As shown in FIG. 3, a rubber-coated
[0025]
The rubber-coated
[0026]
An example of the cross-sectional shape of the rubber-coated
[0027]
The rubber-coated
[0028]
【Example】
Example 1
A rubber-coated cord produced by coating a monocord of aramid fibers of about 1260 denier with natural rubber using an apparatus as shown in FIG. 6 is arranged as shown in FIG. The doughnut-shaped disc-shaped sealing material having an outer diameter of about 405 mmφ, an inner diameter of about 316 mmφ, and a bolt hole diameter of about 18 mmφ × 8 pieces was manufactured by injecting, coating, and vulcanizing while applying pressure. The thickness of the flat portion of the sealing material is about 12 mm, and the outer diameter of the outer peripheral spherical portion is about 25 mmφ. The rubber hardness was 60 degrees.
[0029]
This sealing material is attached to the butterfly valve body, attached to the valve seat with a sealing pressure of about 1.5 Mpa, placed in a pipe having an inner diameter of about 423 mm, and exposed to 60 ° C. hot water with a fluid pressure of about 0.2 Mpa. The durability was tested under the conditions of repeated sealing 24 times / day.
[0030]
(Comparative Example 1)
The same durability test was performed with the same shape as in Example 1 except that natural rubber having a rubber hardness of 60 degrees was used as the constituent material of the sealing material.
[0031]
(Comparative Example 2)
Except for using a natural rubber having a rubber hardness of 60 degrees and containing 2 parts by weight of an aramid short fiber having a length of about 3 mm and a diameter of 6 to 10 μm as the constituent material of the sealing material, the shape is the same as in Example 1, and the same Durability tests were conducted.
[0032]
(Comparative Example 3)
The same material as in Example 1 was used except that a long fiber (monocord) of about 200 denier as a reinforcing cord was used as a constituent material of the sealing material, and the density was 50/30 mm. A similar durability test was conducted.
[0033]
The results are shown in Table 1.
[0034]
[Table 1]
From the results in Table 1, it can be seen that the durability of the sealing material of Example 1 is extremely excellent.
[0035]
[Another embodiment]
(1) The cross-sectional shape of the sealing
[0036]
(2) In the above embodiment, the
[0037]
(3) In the above embodiment, the butterfly valve is taken as an example of the valve. However, the sealing material according to the present invention is not limited to this but can be applied to various valves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating an embodiment of a sealing material according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the sealing material in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a rubber-coated cord. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a shape example of the rubber-coated cord. FIG. 8 is an operation explanatory diagram of a butterfly valve equipped with a sealing material of the prior art.
2 Rubber-covered
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